Componentes de um Sistema de Operação

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1 Componentes de um Sistema de Operação Em sistemas modernos é habitual ter-se os seguintes componentes ou módulos: Gestor de processos Gestor da memória principal Gestor da memória secundária Gestor do sistema de I/O Gestor de ficheiros Sistema de protecção Rede Interpretador de comandos DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 1

2 O que é um processo? Um processo é um programa em execução. Um programa por si só não é um processo, é uma entidade passiva. Um processo é uma entidade activa, com um program-counter a indicar qual a próxima instrução a executar. Um processo para realizar a sua tarefa precisa de recursos: tempo de CPU, memória, ficheiros e periféricos de I/O. DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 2

3 Gestor de Processos O gestor de processos do SO é responsável por: criar e remover processos. suspender e retomar a execução de processos. providenciar mecanismos que permitam: sincronização entre processos comunicação entre processos Um SO executa concorrentemente um grande número de processos: processos do utilizador: correspondem à execução de programas do utilizador. processos do sistema: correspondem à execução de programas do SO. DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 3

4 Sincronização e Comunicação entre Processos: exemplo C C out NE P P produtor: consumidor: while (1) { while (1) {... while (ctr==0) ; novo=produz_item(); item=buffer[out];... out= (out+1)%n; while (ctr==n) ; ctr--; buffer[in]= novo;... in= (in+1)%n; usar(item); ctr++;... } } in várias instâncias dos processos Produtor e Consumidor. sincronizar actualização da variáveløö. Por que? comunicação entre processos Consumidor e Produtor dá-se através do Ù Ö. ØÖe Ù Ötêm de estar numa zona de memória acessível aos processos (memória partilhada). DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 4

5 Gestor de Memória Principal A memória pode ser vista como um vetor grande de palavras (ou bytes), cada uma com o seu endereço. É um repositório de dados de acesso rápido, partilhado pelo CPU e periféricos de I/O. A memória principal é volátil, perde o seu conteúdo no caso de ocorrer uma falha no sistema. O gestor de memória do SO é responsável por: saber que partes da memória estão a ser usadas e por quem. decidir que processos é que devem ser carregados para a memória quando existir espaço livre. atribuir e retirar espaço de memória. DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 5

6 Gestor da Memória Secundária Memória de maior dimensão, não volátil, acessível on-line, que serve de apoio à memória principal (pequena para armazenar todos os programas e dados). Os computadores actuais usam discos como principal meio de armazenamento de dados e programas. Ó Ó, é O gestor de memória secundária (ou auxiliar) do SO, também visto responsável por: como ØÓÖ inicializar o disco, i.e. organizar o disco em blocos. gerir o espaço livre, i.e. saber localizar os blocos livres. atribuir espaço (memória) em disco. e.g. para guardar um programa. scheduling do disco: aceder a um bloco do disco depende do movimento do disco. DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 6

7 Gestor de Ficheiros visão independente do meio de armazenamento. ficheiro conjunto de informação (sequência de bits ou bytes) relacionada, definida pelo seu utilizador. O gestor de ficheiros do SO é responsável por: criar e remover ficheiros criar e remover directórios fornecer funções de manipulação de ficheiros e directórios. mapeamento de ficheiros em disco backup de ficheiros DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 7

8 Sistema de Proteção refere-se a mecanismos de controlo no acesso a recursos do sistema ou do utilizador, por parte de programas, processos, ou utilizadores. são necessários mecanismos que garantam que os ficheiros, segmentos de memória, CPU, e outros recursos podem ser usados apenas pelos processos que possuem autorização do SO para o fazer. por exemplo: aååí(memory Management Unit) assegura que um processo apenas executa dentro do seu espaço de endereçamento. oø ÑÔÓÖ Þ ÓÖassegura que nenhum processo acede ao CPU por tempo ilimitado. os registos de controlo dos periféricos não estão acessíveis aos utilizadores, sendo mais simples proteger a integridade dos vários periféricos. O mecanismo de proteção deve: distinguir entre uso autorizado e não-autorizado. especificar os controlos a serem impostos fornecer meios de os impor DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 8

9 Gestor do Sistema de I/O esconde os detalhes dos periféricos de I/O do restante SO. O gestor do sistema de I/O envolve: uma componente de gestão de memória que inclui: buffering, caching, e spooling. uma interface geral para controladores de periféricos. controladores (drivers) para periféricos específicos. DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 9

10 Interpretador de Comandos é a interface entre o utilizador e o SO. um dos programas mais importantes do SO (shell em Unix). a função do interpretador de comandos é muito simples: ler o próximo comando e executá-lo e deve fazê-lo o mais amigável possível: X-windows, Gnome, Kde, Motif, MacOS, Windows, etc. os comandos são meios para lidar com: criação e gestão de processos, I/O, acesso a ficheiros, gestão do disco, etc. DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 10

11 Serviços de um Sistema de Operação Um SO fornece um conjunto de serviços que visam simplificar a tarefa de um programador, nomeadamente permite: Ü ÙÓ ÔÖÓ Ö Ñ carregar um ÇÔ Ö Á»Ç realizar operações Å Ò ÔÙÐ Ó Ó Ø Ñ ÖÓ ler, escrever, ÓÑÙÒ Ó troca de programa para memória e executá-lo. de I/O a pedido dos programas dos utilizadores (não podem fazê-lo directamente). criar e remover ficheiros. informação entre processos a executar na mesma máquina ou em máquinas numa rede. Memória partilhada ou troca de mensagens. Ø Ó ÖÖÓ assegurar correto funcionamento através de detecção de erros na CPU e memória, nos periféricos de I/O, ou nos programas. DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 11

12 Funções adicionais do SO com vista a melhorar a sua eficiência: ØÖ Ù Ó Ö ÙÖ Ó avários utilizadores mesmo tempo. ÓÒØ Ð Þ Ó ÓÙ Ó Ö ÙÖ Ó memória usada páginas impressas, número de acessos, etc. ou programas a executar ao por utilizador, número de ÈÖÓØ Ó assegurar que todos os acessos aos recursos do sistema estão controlados. DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 12

13 Estrutura dos SOs: sistemas monolíticos Sistemas monolíticos sem estrutura o SO é constituído por um conjunto de programas todos ao mesmo nível, em que qualquer programa pode chamar um dos outros. MS-DOS é um sistema monolítico. Foi concebido com o intuito de proporcionar a maior funcionalidade no menor espaço (lembram-se do limite dos 640KB?). aplicacoes programa do sistema MS-DOS device-drivers não está dividido em módulos interfaces e níveis de funcionalidade não estão bem separados. P.e., é possível a programas aceder diretamente a rotinas básicas de I/O para escrever diretamente para o ecrã ou impressora. estava também limitado pelo hardware. O Intel 8088 não proporcionava proteção ao nível do hardware. ROM BIOS device-drivers DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 13

14 Estrutura dos SOs: O Unix original utilizadores shells, compiladores, bibliotecas de funcoes progs sistema interface de chamadas ao sistema Sinais Sistema I/O caracter sistema de ficheiros I/O de blocos drivers de discos e tapes scheduling CPU memoria virtual paginacao kernel interface do kernel ao hardware Controladores de terminais Controladores de disco e tapes hardware Controladores de memoria estrutura limitada pela funcionalidade do hardware duas partes: kernel e aplicações de sistema kernel muito grande e pouco estruturado muita funcionalidade via chamadas de sistema DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 14

15 Sistemas por camadas (layered systems) O SO está dividido em camadas empilhadas. A camada 0, mais baixa, corresponde ao hardware e a mais alta, N, à interface com o utilizador. Garante modularidade: funções de uma camada apenas podem chamar outras funções mais básicas definidas em camadas mais interiores. ØÖÙØÙÖ Ñ Ñ Ó Ø Ñ ÌÀ 1 o a usar esta estrutura. camada 5: programas do utilizador camada 4: buffering para periféricos de I/O camada 3: controlador do periférico consola camada 2: gestor de memória camada 1: scheduling de processos camada 0: hardware inconvenientes: planeamento de camadas e menor eficiência (I/O obriga a atravessamento de camadas). Exemplos: OS/2 (IBM) e primeira versão do Windows-NT. DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 15

16 Sistemas de máquina virtual Máquina virtual (VM) permite abstrair o hardware do kernel. Uma VM permite suportar vários SOs na mesma máquina. Sistema proposto por investigadores da IBM para o VM/370. processos processos processos processos interface programacao kernel kernel kernel kernel hardware maquina virtual hardware VM é perfeito para investigação e desenvolvimento, embora difícil de implementar. VM está novamente popular, e.g. vmware, virtual box, Xen. DCC/FCUP Inês Dutra, acetatos do Prof. Fernando SilvaSistemas de Operação 16